Immunologia Nowotworów Dr Barbara Szkudlińska

Wprowadzenie Nowotwór powstaje w wyniku namnażania się pojedynczej komórki po transformacji nowotworowej( modyfikacja - defekt DNA komórki) Komórki nowotworowe charakteryzują się niskim stopniem zróżnicowania. Mogą szybko rozprzestrzeniać się w organizmie - przerzuty

Typy nowotworów Carcinoma: Rak endo albo ektodermy np. Skóry albo wyściółki epithelialnej organów Sarcoma: Rak mezodermy np. kości Białaczki i Lymphoma: Raki komórek hematopoetycznych

Nowotwory- Przyczyny powstawania Mutacje genów kontrolujących podział komórki Proto-onkogeny nabycie protoonkogenu zmiana komórkowego protoonkogen Geny supresorowe dla nowotworu— defekt ich funkcji daje w efekcie bodziec dla komórki do nieustannego namnażania działanie karcinogenów

Rodzaje genów promujących karcinogenezę onkogeny Centralna regulacja wzrostu i podziału komórki onkogenne mutcje sa przyczyną ciągłego sygnału do wzrostu Geny - naprawiające DNA utrzymywanie genetycznej stabilności Naprawa, wycięcie, albo tolerancja uszkodzeń DNA Mutacje prowadzą do hiper wrazliwości na mutagenezę Geny supresorowe nowotworów Negatywne regulatory wzrostu komórki

Oncogenes originally identified through their presence in retroviruses T-cell leukemia mouse PTK akt sarcoma chicken src monkey PDGF-b sis reticuloendotheliosis turkey Regulator of NF-kB rel Erythroleukemia, sarcoma rat GTP-binding protein H-ras Sarcoma, myelocytoma, carcinoma Transcription regulator myc Chicken/mouse raf cat Stem cell factor (SCF) kit Osteosarcoma, fibrosarcoma Mouse/chicken AP-1 transcription factor fos/jun GMCSF-R (PTK) fms Cat/chicken (PTK) fes Erythroleukemia, fibrosarcoma EGF-receptor (RTK) erb-B Pre-B-cell leukemia Mouse/cat Protein tyrosine kinase (PTK) abl Virus-induced tumor Source of virus Proto-oncogene function Oncogene

Antygeny nowotworowe: mechanizmy indukcji Kodowane przez geny unikalnie eksponowane przez guz Kodowane przez zmutowane geny obecne w normalnej głównej tkance Reaktywacja embrionalnych genów albo genów innych linii różnicowania Indukcja zwiększonej ekspresji normalnych antygenów

ANTYGENY NOWOTWOROWE Na nowotworze ulegają ekspresji antygeny gospodarza. Nowotwór tym różni się od własnych tkanek że ulegają na nim ekspresji antygeny - TSA i TAA Antygeny nowotworowo - swoiste (TSA): Unikalne antygeny występujące tylko na komórkach nowotworowych Nie produkowane przez normalne komórki organizmu swoiste Antygeny związane z nowotworem (TAA): Nie unikalne do guza Antygeny normalnie występujące w bardzo niskim poziomie, które ulegają ekspresji w większych ilościach w komórkach nowotworowych Antygeny występujące na normalnych komórkach podczas embrionalnego rozwoju, normalnie nie występujące u dorosłych związane z nowotworem antygeny wirusowe

Ekspresja antygenów na komórce nowotworowej Antygeny MHC Nowotworowo swoiste transplantacyjne Ag TSTA (TSA) Związane z nowotworem rozwojowe Ag TADA (TAA) Związane z nowotworem wirusowe Ag TAVA (TAA) TSA (TSTA): unikalne dla guza - odgrywają zasadniczą rolę w odrzuceniu nowotworu.

Przykłady antygenów związanych z nowotworem Anormalna ekspresja komórkowych białek np..: HER-2, MUC-1 gangliozydy: GM2, GD2, GD3. Białka melanogenezy: Tyrosinase, gp-100, MART-1, TRP-1, TRP-2 Ag nowotworowe wspólne (jądro/nowotwór): MAGE-1,3, BAGE, GAGE Antygeny płodowo-nowotworowe: CEA, AFP białka kodowane przez zmutowane onkogeny: p53, k-Ras, CDK-4, BCR/ABL Antygeny wirusowe (HPV, EBV, CMV)

Związane z nowotworem rozwojowe antygeny TADA Występują na komórkach nowotworowych i komórkach płodów. Nie pobudzają odporności przeciwnowotworowej. Wykorzystywane w diagnostyce. Alfa-fetoproteina(AFP) nowotwory wątroby Karcinoembrionalny Ag (CEA) nowotwory jelita grubego i odbytu human chorionic gonadotropin (b-HCG)

Inne antygeny związane z nowotworem Ciche geny - kodujące Ag - np. Thymic leukemic antygen (Tla) ulegający ekspresji na tymocytach niektórych gatunków Ag różnicowania: Limfocyty B produkują powierzchniowe Ig. komórki nowotworowe B mają sIg

Wirusy onkogenne Typy: DNA wirusy: papova (SV40, polyoma, papilloma -HPV 16,18), hepatitis B i C, wirus Epsteina -Barra - EBV. RNA wirusy: Retrowirusy---> Ludzki wirus T- limfocytotropowy (HTLV-I i HTLV-II). Indukują silną odpowiedź immunologiczną.

Przykłady znaczenia układu immunologicznego w odrzucaniu nowotworu Spontaniczna regresja Regresja przerzutów po usunięciu pierwotnego nowotworu Regresja po chemioterapii Infiltracja guza przez limfocyty i makrofagi Proliferacja limfocytów w drenujących węzłach chłonnych Większe ryzyko nowotworu po immunosupresji, w niedoborach immunologicznych (AIDS, noworodki), związane z wiekiem, etc.

Warunki dla skutecznej przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej Ekspresja obcych antygenów na kom. nowotworowych. Immunogenność nowotworu. Immunokompetencja organizmu gospodarza. Odpowiedź immunologiczna z wykluczeniem nabycia tolerancji. Brak zmienności antygenowej nowotworu.

Odpowiedź immunologiczna na nowotwór Odpowiedź typu humoralnego odgrywa bardzo małą rolę Odpowiedź komórkowa Limfocyty CD8+ i CD4+ Komorki NK Komórki dendrytyczne Makrofagi

Znaczenie limfocytów cytotoksycznych CTL TSTA są prezentowane przez MHC kl I limfocytom cytotoksycznym CTL CTL wytwarzają FasL lub perforyny/granzymy niszczące kom. nowotworowe Jeżeli kom. nowotworowe są Fas+, CTL poprzez FasL stymulują apoptozę komórek guza.

Rola limfocytów Th TSTA są przetwarzane i prezentowane limfocytom Th przez makrofagi i limfocyty B Th aktywują limfocyty B i makrofagi poprzez produkowane cytokiny. Ab nie są efektywne w walce z nowotworani z wyjątkiem nowotworów indukowanych retrowirusami. Aktywowane przez cytokiny komórek Th makrofagi niszczą komórki nowotworowe.

Rola przeciwciał Ag B Ab Aktywacja dopełniacza Guz sIg Komplement Guz Komórki NK/ Makrofagi/ Granulocyty Fc Fab FcR Cytotoksycznośc komórkowa zależna od przeciwciał (ADCC) Aktywacja dopełniacza

Rola komórek NK Komórki NK rozpoznają MHC -negatywne nowotwory NK -duże limfocyty z ziarnistościami (LGL) TCR-, asialoGM+ lub NK1.1+. Zabijają komórki zakażone wirusem i komórki nowotworowe Działają bezpośrednio cytotoksycznie i w mechanizmie ADCC Są aktywowane (IL-2) i przekształcają się w komórki LAK (lymphokine-activated killer cells) przy udziale FasL i perforyn niszczą komórki nowotworowe.

Makrofagi Spoczynkowe Mf nie niszczą kom. nowotworowych Aktywowane Mf są nowotworobójcze cytotosyczność bezpośrednia i ADCC Reaktywne związki tlenu (O-, H2O2) Tlenek azotu (NO) TNF enzymy lizosomalne Przetwarzanie i prezentacja antygenów

Mechanizmy unikania odpowiedzi immunologicznej przez nowotwór Generacja komórek supresorowych (Ts) Produkcja cytokin o działaniu immunosupresyjnym np.: prostaglandyny, transforming growth factor beta (TGF-b), IL-10, etc. MF Guz CTL Ts

Brak prezentacji antygenów Brak lub niska ekspresja MHC na komórkach nowotworowych Niska ekspresja cząsteczek adhezyjnych/kostynulacyjnych niezbędnych do aktywacji limfocytów T

Mechanizmy ucieczki nowotworów : Maskowanie Ag: opłaszczenie kwasem sialowym, mucyną, fibryną Tolerancja gospodarza na antygeny nowotworowe (płodowonowotworowe) Tolerogenne Ag nowotworowe

Mechanizmy ucieczki nowotworów : Mutacje kom. nowotworowych z utratą ekspresji antygenów Zmienność antygenowa, złuszczanie antygenów Czynniki blokujące: wolne Ag lub kompleksy Ag-Ab. Blokują FcR na kom. NK i innych lub indukują komórki supresorowe

Leczenie nowotworów Chirurgia - Nowotwory zlokalizowane Promieniowanie -radioterapia - Przeciw namnażającym się komórkom (szpik, etc.) Może powstawać oporność nowotworu na promieniowanie Chemioterapia - Rozwój chemiooporności nowotworu Immunoterapia - Przerzuty guza swoistość Nie rozwija się oporność Mała toksyczność

Typy immunoterapii Bierna (przeciwciała) Czynna nieswoista. Adiuwanty (np. BCG, adiuwant Freunda, MPL, KLH) Cytokiny (Interferon alfa, gamma; IL-2, IL-12, GM-CSF) Czynna swoista (Szczepionki): Całe komórki (np. CancerVax R, zmodyfikowane genowo; allogeniczne lub autologiczne) Lizaty (np. Melacine, lizaty powodowane przez wirusy (krowianka) Gangliozydy (e.g. GM2) Peptydy (gp-100, MART-1, TRP-1/2, tyrosinase, MAGE-1/3) Komórki dendrytyczne (opłaszczone peptydami, lizatem komórkowym) Adoptywna (komórki LAK / TIL )

Immunoterapia Immunizacja czynna: Swoista Szczepienie antygenami wirusowymi: np.: Feline leukemia virus (FLV) Hepatitis B virus. Wirusy brodawczaka (szczep. sprzężona) Łączenie z haptenem (trinitrophenol - TNP) Transfekcja kostymulatorem (B7)

Zastosowanie modyfikowanych in vitro komórek dendrytycznych Komórki dendrytyczne - kom APC Dla dobrej prezentacji Ag nowotworu: “karmienie”ag. nowotworu(np. lizatem ) Fuzja z komórkami guza Transfekcja DNA,lub RNA guza Dodatkowe zabiegi: Ko-transfekcja genami dla cytokin i cząsteczek kostymulacyjnych Sprzęganie z motywami CpG

Wektory Nośniki wzmpomagające efektywność transferu DNA(genów do komórek) Wektory wirusowe retrowirusy adenowirusy inne wirusy Wektory niewirusowe liposomy pistolety genowe nanosfery

Zastosowanie przeciwciał monoklonalnych Nieznakowane Mo Ab: np. Anty-CD20 Ab w non-Hodgkin’s lymphoma aktywacja C ADCC modyfikowane Mo Ab (Radioizotopy/Toksyny) 131I (Iodine)

Brak efektywności Ab Prezentacja Ag nowotworu przez MHC kl I Złuszczanie / wchłanianie/ nowotworowych Ag / kompleksów Ag-Ab Niecytotoksyczne Ab (C /ADCC) Przeciwciala monoklonalne mysie powodują rozwoj wstrząsu anafilaktycznego lub choroby posurowiczej –Humanizowane/chimeryczne Ab (od 2 gat.) Humanizowane Ab dwuwartościowe Ab Ag Mysie Fab CD3 Limf. T kom. guza Ludzkie Fc

Immunoterapia adoptywna 1. Terapia z komórkami LAK : limfocyty pacjenta + duża dawka IL-2 NK LAK 2. Terapia z komórkami TIL (Tumor-infiltrating lymphocytes ) : limfocyty tkanki i okolic guza + duża dawka Il2 - Aktywowane NK and CTL Problemy: Do uzyskania efektu rerapeutycznego potrzebna jest b. duża liczba komórek Stosowane musza być wysokie stężenia IL2 (toksyczna) Stosowana w nowotworach z obniżoną/brakiem ekspresji MHC Kl I

Rola Cytokin IL-2 IFN-g IFN-a TNFa and TNFb Stymuluje proliferację limfocytów, aktywuje limfocyty T. Stosowana w karcinoma kom. nerek IFN-g Wzrost ekspresji MHC kl I i II na komórkach nowotworowych Aktywuje swoiste limfocyty Tc. IFN-a Wzrost ekspresji MHC kl I na kom. nowotworowych. Ogranicza nawroty u pacjentów z melamoma. Dzialanie obserwowane u pacjentów z leukemią, lymphoma, myeloma, Kaposi’s sarcoma TNFa and TNFb Nekroza guza nie stosowany - powoduje zbyt duże systemowe skutki uboczne

Terapie cytokinowe podawanie cytokin. 1. Interleukina -2 (IL-2) - Melanoma and renal cell carcinoma Aktywuje NK i CTL Toksyczna gorączka, , edema, szok 2. Tumor necrosis factor (TNF) - Carcinoma

3. Interferon (IFN)-a : Aktywuje NK Wzmaga ekspresję MHC kl I Hairy cell leukemia, renal cell carcinoma, melanoma, Kaposi sarcoma, nowotwory krwi 4. IFN-g : nowotwór jajnika 5. Czynniki wzrostowe hematopoezy: zwalczają neutropenię GM-CSF ( granulocyte-macrophage colony stimulating factor ) G-CSF (granulocyte colony stimulating factor )

Terapie genowe Wprowadzanie genów cytokinowych dla IL-2, IL-4, IL-12, GM-CSF lub IFN-g do komórek nowotworowych. T cell Mf IL-2 IL-4 GM-CSF nowotwór Wprowadzanie genów dla sprawnej apoptozy (P53), hamujących angiogenezę w guzie

Apoptoza a nowotwory

Transplantacja szpiku Allogenicznego autologicznego

Terapia oligonukleotydowa

DZIĘKUJĘ